(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブラシレスモータを始動させる方法であって、
前記ブラシレスモータは、ロータと、少なくとも１つの相巻線を有するステータと、ロータ位置センサとを有し、前記方法は、
巻線を励起させ、
前記ロータ位置センサが出力した信号を感知し、
前記信号のエッジを第１期間の間に感知した場合には、前記エッジに応答して、前記巻線を整流し、
前記信号のエッジを前記第１期間の間に感知しない場合には、前記第１期間の終了時に前記巻線を整流し、前記信号を感知し、第２期間の間に感知した前記信号の２つのエッジのうちの第２のエッジに応答して前記巻線を整流する、ことを含む方法。
【請求項２】
前記ロータはＮ個の極を有し、
前記巻線を励起させて正の励起トルクを発生させるとき、前記第１期間は、前記ロータが静止状態から少なくとも３６０／Ｎ度の機械的角度にわたって回転するのに十分な時間で終了する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ロータはＮ個の極を有し、
前記第２期間は、前記第１期間の終了時に前記巻線を整流した後、前記ロータが静止状態から３６０／Ｎ度よりも大きい機械的角度にわたって回転するのに十分な時間で終了する、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１期間は、励起の開始後の所定期間内に開始する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記第２期間は、整流の開始後の所定期間内に開始する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記巻線を整流することは、前記信号を感知し、論理ＨＩＧＨ信号に応答して前記巻線を第１の方向に励起させ、論理ＬＯＷ信号に応答して前記巻線を第２の方向に励起させることを含み、
前記ロータが非整列位置にあるとき、論理ＨＩＧＨ信号であれば前記巻線を第１の方向に励起させ、論理ＬＯＷ信号であれば前記巻線を第２の方向に励起させることにより、正の励起トルクを発生させる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記信号の２つのエッジが前記第２期間の間に感知されないとき、不良状態を発生させる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
引続いて、前記信号を感知し、前記信号の各エッジに応答して、前記巻線を整流する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記ロータは、永久磁石を有し、前記ロータ位置センサは、ＨＡＬＬ効果センサである、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法を実行する、ブラシレスモータのための制御システム。
【請求項１１】
ブラシレスモータと、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法を実行する制御システムとを有し、前記ブラシレスモータは、永久磁石ロータと、単相の巻線を有するステータと、ＨＡＬＬ効果センサとを有する、モータ組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレスモータを始動させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、ブラシレスモータ１を示し、ブラシレスモータ１は、永久磁石ロータ２と、相巻線４を有するステータ３と、ＨＡＬＬ効果センサ５を有している。ロータ２は、Ａ〜Ｄで表記する４つの磁極を有し、ステータ３は、ロータ２の周りに配置された４つの凸形の極６を有している。モータ１は、一方向性であり、正転方向にのみ駆動されるように構成されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
モータ１を始動させる従来の方法は、典型的には、以下のように進行する。ロータ２が図１の停止位置にあるとき、ＨＡＬＬ効果センサ５がロータ極Ａの極性を感知していると仮定する。ＨＡＬＬ効果センサ５が出力する信号に基づいて、正しい極性の相電流が巻線４に印加され、ロータ２は正転方向に駆動される。都合の悪いことに、ロータ２が停止位置にあるとき、ＨＡＬＬ効果センサ５の角度位置は、ロータ２の極性の移行部に比較的近い。従って、ＨＡＬＬ効果センサ５の位置の任意の変化により、モータ１が始動しないことがある。例えば、図２は、同じブラシレスモータ１を示すが、ＨＡＬＬ効果センサ５の位置が僅かに右方にずれている。その結果、ＨＡＬＬ効果センサ５は、もはやロータ極Ａを感知せず、その代わりに、反対の極性のロータ極Ｂを感知する。結果として、初期の相電流は、間違った極性を有し、かくして、ロータ２は正転方向ではなく逆転方向に駆動される。
【０００４】
従って、モータ１を始動させる従来の方法は、ＨＡＬＬ効果センサ５の位置について比較的厳しい精度が要求されるという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の側面では、本発明は、ブラシレスモータを始動させる方法を提供し、ブラシレスモータは、ロータと、少なくとも１つの相巻線を有するステータと、ロータ位置センサを有し、上記方法では、巻線を励起させ、センサが出力した信号を感知し、信号のエッジを第１期間の間に感知した場合には、エッジに応答して巻線を整流し、信号のエッジを第１期間の間に感知しない場合には、第１期間の終了時に巻線を整流し、信号を感知し、第２期間の間に感知した信号の２つのエッジのうちの第２のエッジに応答して巻線を整流する。
【０００６】
巻線を励起させることにより、ロータを正転方向又は逆転方向のいずれかに回転させる。励起の間、ロータ位置センサが出力する信号を感知する。信号のエッジを第１期間の間に感知したら、ロータは正転方向に回転していると仮定する。従って、ロータを正転方向に駆動し続けるために、エッジに応答して、巻線を整流する。他方、信号のエッジを第１期間の間に感知しなければ、ロータは逆転方向に回転したと仮定する。この場合、ロータを正転方向に駆動するために、第１期間の終了時に巻線を整流する。ロータを正転方向に駆動し続けるために、ロータ位置センサが出力した信号を再び感知し、信号の２つのエッジのうちの第２のエッジに応答して巻線を整流する。その結果、センサ位置の公差に関わらず、ロータは正転方向に駆動される。実際には、ロータが停止位置にあるとき、センサの信号を感知することなしに、ロータを正転方向に駆動する。
【０００７】
最初の励起により、ロータを正転方向又は逆転方向のいずれかに回転させ、すなわち、励起によって発生させたトルクは、正又は負のいずれかである。最初の励起により正の励起トルクを発生させるとき、第１期間は、ロータが静止しているときから少なくとも３６０／Ｎ度の機械的角度にわたって回転するのに十分な時間で終了するのがよく、Ｎは、ロータ極の数である。結果として、信号の各エッジがロータ極とロータ極の間の移行部に対応するとき、ロータが正転方向に回転していれば、信号のエッジは、センサ位置の任意の公差に関わらず、第１期間の間に感知されるはずである。
【０００８】
第２期間は、巻線の整流後、ロータが静止状態から３６０／Ｎ度以上の機械的角度にわたって回転するのに十分な時間で終了するのがよく、Ｎはロータ極の数である。結果として、信号の各エッジがロータ極とロータ極の間の移行部に対応するとき、ロータが正転方向に回転していれば、信号の２つのエッジが第２期間の間に感知される。第２期間がこれよりも早期に終了したら、ロータが正転方向に回転する場合であっても、信号の２つのエッジを感知しない可能性がある。
【０００９】
第１期間は、所定期間を励起開始後に開始させるのがよい。同様に、第２期間は、所定期間を整流後に開始させるのがよい。従って、センサが出力する信号は、励起又は整流の開始後の所定期間、効果的に無視される。従って、励起又は整流の開始時に生じる信号の任意の偽のエッジは無視される。例えば、ロータ位置センサがＨＡＬＬ効果センサであれば、ステータの磁界は、センサが出力する信号に影響を及ぼすことがある。しかしながら、ＨＡＬＬ効果センサを通過するロータの磁界が相対的に弱く、例えば、ロータ極とロータ極の間の移行部にあるとき、ステータの磁界は、ＨＡＬＬ効果センサの出力に影響を及ぼす可能性があるに過ぎない。巻線の励起又は整流の直後、ロータは、ＨＡＬＬ効果センサを通過するロータの磁界がＨＡＬＬ効果センサを通過するステータの磁界よりもずっと強い位置まで回転する。その結果、ステータの磁界がＨＡＬＬ効果センサの出力に及ぼすことがある任意の悪影響はおそらく、短い期間でなくなるので、励起又は整流開始後の所定期間の間だけ信号を無視することによって、かかる悪影響を回避することができる。
【００１０】
巻線を励起させることは、信号を感知し、論理ＨＩＧＨ信号に応答して巻線を第１の方向に励起させ、論理ＬＯＷ信号に応答して巻線を第２の方向に励起させることを含むのがよい。ロータが非整列位置にあるとき、信号が論理ＨＩＧＨであれば巻線を第１の方向に励起させ、信号が論理ＬＯＷであれば巻線を第２の方向に励起させることによって、正の励起トルクを発生させる。最初、ＨＡＬＬ信号を感知し、その後、一般的には、巻線を正のトルクを発生させる方向に励起させることによって、ロータは、ほとんどの場合、即座に正転方向を駆動される。
【００１１】
第１期間の間に信号のエッジが感知されず、且つ、第２期間の間に信号の２つのエッジが感知されなければ、このことは、ロータが正転方向に回転していないことを示唆している。従って、本発明による方法は、第２期間の間に信号の２つのエッジが感知されない場合、不良状態を発生させる。
【００１２】
いったんロータが正転方向に回転したら、すなわち、第１期間の間に信号のエッジを感知した後、又は、第２期間の間に信号の２つのエッジを感知した後、本発明による方法は、引続いて、信号を感知し、信号の各エッジに応答して巻線を整流する。例えば、信号の各エッジに同期させて、巻線を整流する。変形例において、巻線の整流は、信号の各エッジに対して進めてもよいし、遅らせてもよい。
【００１３】
ロータは、永久磁石を有するのがよく、ロータ位置センサは、ＨＡＬＬ効果センサであるのがよい。ＨＡＬＬ効果センサは、永久磁石の磁界に対して敏感である。永久磁石は、ロータコアの一部分を構成してもよいし、ステータの磁束と相互作用するロータの一部分を構成してもよい。変形例として、永久磁石は、ロータコアと分離していてもよいし、ロータの位置を指示する手段としてのみ設けられてもよい。永久磁石がロータコアの一部分を形成していれば、ＨＡＬＬ効果センサを設けることは、ロータの位置を感知するコスト効果の高い手段を構成する。
【００１４】
第２の側面では、本発明は、上記段落の任意の１つの方法を実施する制御システムを提供する。
【００１５】
第３の側面では、本発明は、モータ組立体を提供し、このモータ組立体は、ブラシレスモータと、上述した制御システムを有し、ブラシレスモータは、永久磁石ロータと、単相の巻線を有するステータと、ＨＡＬＬ効果センサを有している。
【００１６】
本発明を容易に理解できるように、添付の図面を参照して、本発明の実施形態を以下に例示的に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ブラシレスモータの断面図である。
【図２】ＨＡＬＬ効果センサを右にずらした、図１のブラシレスモータの断面図である。
【図３】本発明によるモータ組立体の図である。
【図４】機械的な１サイクルにわたるモータ組立体の変動トルク、逆起電力、及びＨＡＬＬ信号の波形の図である。
【図５】モータ組立体のロータの２つの停止位置を示す図である。
【図６】モータを始動させるためにモータ組立体によって実施される方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図３のモータ組立体１０は、ブラシレスモータ１と、制御システム１１を有している。
【００１９】
モータ１は、図１に示すものと同じであり、永久磁石ロータ２と、相巻線４を有するステータ３と、ＨＡＬＬ効果センサ５を有している。
【００２０】
永久磁石ロータ２は、Ａ〜Ｄで示す４つの磁極を有し、ステータ３は、ロータ３の周りに配置された４つの凸形の極６を有している。
【００２１】
ＨＡＬＬ効果センサ５は、ステータ３のスロット開口内に配置され、永久磁石ロータ２の磁界を感知可能である。ＨＡＬＬ効果センサ５は、デジタル信号「ＨＡＬＬ」を出力し、このデジタル信号は、ＨＡＬＬ効果センサ５を通る磁束の方向に応じて、論理的にＨＩＧＨ又はＬＯＷである。従って、ＨＡＬＬ信号の各エッジは、永久磁石ロータ２の極性の変化を表す。
【００２２】
制御システム１１は、モータ１の駆動を行うことができ、インバータ１２と、ゲートドライバモジュール１３と、コントローラ１４を有している。
【００２３】
インバータ１２は、巻線４をＤＣ電圧に接続する４つのパワースイッチＱ１〜Ｑ４のフルブリッジを備える。
【００２４】
ゲートドライバモジュール１３は、コントローラ１４からの制御信号に応答してスイッチＱ１〜Ｑ４の開閉を行う。
【００２５】
コントローラ１４は、２つの制御信号ＤＩＲ１、ＤＩＲ２をゲートドライバモジュール１３に出力する。ＤＩＲ１及びＤＩＲ２は、インバータ１２、従って巻線４を通る電流の方向を制御する。ＤＩＲ１が論理ＨＩＧＨにプルされ且つＤＩＲ２が論理ＬＯＷにプルされると、ゲートドライバモジュール１３は、スイッチＱ１及びＱ４を閉じて、スイッチＱ２及びＱ３を開き、かくして、巻線４の中を左から右に流れる電流を生じさせる。逆に、ＤＩＲ２が論理ＨＩＧＨにプルされ且つＤＩＲ１が論理ＬＯＷにプルされると、ゲートドライバモジュール１３は、スイッチＱ２及びＱ３を閉じ且つスイッチＱ１及びＱ４を開き、かくして、巻線４の中を右から左に流れる電流を生じさせる。従って、巻線４の電流は、ＤＩＲ１及びＤＩＲ２を逆にすることによって整流される。ＤＩＲ１及びＤＩＲ２の両方が論理ＬＯＷにプルされると、ゲートドライバモジュール１３は、全てのスイッチＱ１〜Ｑ４を開く。以下、用語「セット」及び「クリア」はそれぞれ、信号が論理ＨＩＧＨ及び論理ＬＯＷにプルされたことを表すのに使用する。
【００２６】
モータ１は、一方向性であり、正転方向にのみ駆動されるように構成されている。図１に示す特定の実施例において、モータ１は時計回りに駆動されるように構成されている。
【００２７】
ステータ極６とロータ２との間の隙間は非対称である。その結果、変動（コギング）トルクのゼロ交差点は逆起電力のゼロ交差点に対してオフセットしている。その結果、ロータ２が静止しているとき、ロータ２は、励起トルクがゼロではない位置で停止し、かくして、ロータ２を始動させることができる。図４は、ロータ２の機械的な１回転にわたる変動トルク、逆起電力、及びＨＡＬＬ信号の波形を示す。
【００２８】
図５は、ロータの２つの可能な停止位置を示す。各停止位置は、変動トルクのゼロ交差点に対応し、それらを図４においてＰ及びＱで表記する。一般的に、停止位置Ｐは、安定停止位置と呼ばれ、停止位置Ｑは、不安定停止位置と呼ばれる。停止位置Ｑは、不安定であるが、それにもかかわらず、ロータ２は、例えばロータ２の摩擦によりこの位置に停止することがある。ＨＡＬＬ効果センサ５は、理想的には、ロータ２がどちらかの位置に停止したときにＨＡＬＬ効果センサ５がロータ極Ａの極性を感知するようにスロット開口内に配置される。しかしながら、ＨＡＬＬ効果センサ５の位置の公差のため、ＨＡＬＬ効果センサ５は、位置Ｐに停止したときのロータ極Ｂの極性を感知することがある。
【００２９】
コントローラ１４は、モータ１を始動させ、それに続いてモータを駆動するように作動する。
【００３０】
従来、コントローラ１４は、以下の方法で、モータ１を始動させることを試行する。最初、コントローラ１４はＨＡＬＬ信号を感知する。コントローラ１４は、ロータ２が位置Ｐ、Ｑのいずれに停止しているかに関わらず、ＨＡＬＬ効果センサ５がロータ極Ａの極性を感知していると仮定する。従って、ＨＡＬＬ信号に基づいて、コントローラ１４は、正の励起トルクを発生させる方向に巻線４を励起させる。ロータ２が位置Ｑに停止しているとき、ＨＡＬＬ効果センサ５は、ＨＡＬＬ効果センサ５の位置の公差に関わらず、ロータ極Ａの極性を感知する。従って、ロータ２が位置Ｑに停止しているとき、励起トルクの極性は正であり、ロータ２は正転方向に駆動される。これに対して、ロータ２が位置Ｐに停止しているとき、ＨＡＬＬ効果センサ５は、ロータ極Ａを感知することもあるし、ロータ極Ｂの極性を感知することもある。ＨＡＬＬ効果センサ５がロータ極Ａの極性を感知していれば、励起トルクの極性は正であり、ロータ２は正転方向に駆動される。他方、ＨＡＬＬ効果センサ５がロータ極Ｂの極性を感知していれば、励起トルクの極性は負であり、ロータ２は逆転方向に駆動される。
【００３１】
ロータ２が逆転方向に駆動されるならば、ロータ２は、励起トルクが変動トルクと釣合う位置、即ち、励起トルクの大きさが変動トルクと等しいが向きが反対である整列位置で停止する。その後、ロータ２はもはや動いていないので、ＨＡＬＬ効果センサ５は、ロータ２の極性の更なる変化を感知できず、かくして、コントローラ１４は、不良状態が発生したと仮定することになる。
【００３２】
この問題を回避するモータ１の始動方法を、図６を参照して次に説明する。
【００３３】
最初、Ｓ２０において、コントローラ１４は、ＨＡＬＬ信号を感知する。Ｓ２１において、コントローラ１４は、ＨＡＬＬ信号に基づいて、正の励起トルクを発生させるように巻線４を励起させる。従って、例えば、ＨＡＬＬ信号が論理ＨＩＧＨであるとき、巻線４は、左から右に励起され、ＨＡＬＬ信号が論理ＬＯＷであるとき、巻線４は右から左に励起される。
【００３４】
Ｓ２２において、コントローラ１４は、励起中に引き続きＨＡＬＬ信号を感知する。Ｓ２３において、ＨＡＬＬ信号のエッジを第１所定期間内に感知すると、Ｓ２４において、コントローラ１４は、エッジに応答して巻線４を整流する。第１所定期間は、励起の開始から始まり、励起トルクが正のとき、ロータ２が静止状態から少なくとも９０度の機械的角度にわたって回転するのに十分な時間の後に終了する。少なくとも９０度の機械的角度にわたって回転することによって、正転方向に回転しているとき、ＨＡＬＬ効果センサ５は、ロータ２の極性の移行部を感知する。その結果、Ｓ２３において、コントローラ１４がＨＡＬＬ信号のエッジを第１所定期間に感知したら、ロータ２は正転方向に回転していると仮定される。従って、コントローラ１４は、Ｓ２４において、ＨＡＬＬ信号のエッジに応答して巻線４を整流し、それにより、正の励起トルクを維持し、結果的にロータ２の正転方向を維持する。
【００３５】
Ｓ２３において、ＨＡＬＬ信号が第１所定期間に感知されないならば、コントローラ１４は、以下の一連のステップを実行する。最初、Ｓ２５において、コントローラ１４は、巻線４を第１所定期間の終了時に整流する。次に、Ｓ２６において、コントローラ１４は、ＨＡＬＬ信号を感知する。コントローラ１４は、ＨＡＬＬ信号の第１のエッジに応答して、巻線４を同じ方向に励起し続け、すなわち、整流は行われない。Ｓ２８において、コントローラ１４は、ＨＡＬＬ信号の第２のエッジに応答して、巻線を整流する。Ｓ２７において、コントローラ１４がＨＡＬＬ信号の２つのエッジを第２所定期間に感知しなかったならば、Ｓ２９において、コントローラ１４は、不良状態を発生させ、全てのパワースイッチＱ１〜Ｑ４を開放する。
【００３６】
Ｓ２３において、ＨＡＬＬ信号のエッジが第１所定期間に感知されなかったならば、最初の励起が負のトルクを発生させ且つロータ２が逆回転して整列位置、すなわち、励起トルクと変動トルクが釣合う位置で停止していると仮定する。従って、Ｓ２５において、コントローラ１４は、正の励起トルクを発生させてロータ２を正転方向に駆動するために、巻線４を第１所定期間の終了時に整流する。負の励起は、ロータ２が位置Ｐに停止し且つＨＡＬＬ効果センサ５がロータ極Ｂを感知するときにだけ起こると仮定される。従って、ロータ２が整列位置から正転方向に駆動されるとき、ＨＡＬＬ効果センサ５は、最初、ロータ極Ｂとロータ極Ａの間の移行部を感知する。コントローラ１４がＨＡＬＬ信号の最初のエッジに応答して巻線４を整流するのであれば、結果として得られた励起トルクは負であり、ロータ２は、整列位置まで戻されるように駆動される。従って、コントローラ１４は、ＨＡＬＬ信号の最初のエッジに応答して、巻線４を同じ方向に励起し続ける。ロータ２が９０度の機械的角度にわたって更に回転した後、ＨＡＬＬ効果センサ５は、ロータ極Ａとロータ極Ｄの間の移行部を感知する。コントローラ１４は、このＨＡＬＬ信号の第２のエッジに応答して、巻線２８を整流し、それにより、正の励起トルクを維持し、結果的にロータ２の正転方向駆動を維持する。
【００３７】
第２所定期間は、励起トルクが正であるとき、整流の時点から始まり、ロータ２が静止しているとき（例えば、整列位置にあるとき）から１８０度の機械的角度にわたって回転するのに十分な時間の後で終了する。その結果、ロータ２が整列位置から正転方向に駆動されば、ＨＡＬＬ信号の２つのエッジは、第２所定期間内に感知されるはずである。
【００３８】
ロータ２が整列位置で停止しているとき、ロータ極Ａとロータ極Ｂの間の移行部とＨＡＬＬ効果センサ５を分ける機械的角度は一般に小さい。図１に示すモータについて、この角度は、約４度の機械的角度である。従って、ＨＡＬＬ効果センサ５の位置の公差を考慮したとしても、ＨＡＬＬ信号の第１のエッジは、比較的小さい機械的角度、すなわち、９０度未満の機械的角度の後必ず感知される。従って、第２所定期間は、上述したときよりも早く終了することがある。それにも関わらず、ＨＡＬＬ信号の２つのエッジを感知するために、第２所定期間は、ロータ２が静止しているときから９０度の機械的角度よりも大きい角度にわたって回転するのに十分な時間の後で終了しなければならない。
【００３９】
ロータ２が静止しているときから９０度の機械的角度にわたって回転するのに必要とされる時間は、最終的には、モータ１の設計に依存し、かかる設計は、例えば、ロータ２の直径、モータ１の磁束鎖交特性、ＤＣ電圧の大きさである。また、この時間はある程度、モータ１内の公差に依存し、かかる公差は、例えば、ＨＡＬＬ効果センサ５の位置、ロータ極の磁化バランスである。従って、第１所定期間及び第２所定期間の長さは、モータ１の設計及び公差に依存する。
【００４０】
モータ１を停止位置Ｐ、Ｑから始動させる方法の作動を以下に詳細に説明する。この説明のために、ＨＡＬＬ効果センサ５がロータ極Ａ、Ｃを感知しているときのＨＡＬＬ信号が論理ＨＩＧＨであり、ＨＡＬＬ効果センサ５がロータ極Ｂ、Ｄを感知しているときのＨＡＬＬ信号が論理ＬＯＷであると仮定する。更に、巻線４が左から右に励起され且つＨＡＬＬ信号が論理ＨＩＧＨであるとき、又は、巻線４が右から左に励起され且つＨＡＬＬ信号が論理ＬＯＷであるとき、一般的に正の励起トルクを発生させると仮定する。
【００４１】
ロータ２が位置Ｑで停止しているとき、ＨＡＬＬ効果センサ５は、ロータ極Ａを感知し、かくして、ＨＡＬＬ信号は論理ＨＩＧＨである。コントローラ１４は、論理ＨＩＧＨのＨＡＬＬ信号に応答して、巻線４を左から右に励起させるために、ＤＩＲ１をセットし且つＤＩＲ２をクリアする。結果として得られた励起は、ロータ２を正転方向（つまり、時計回り）に駆動する正のトルクを発生させる。約４５度の機械的角度にわたって回転した後、ロータ極Ａとロータ極Ｄの間の移行部は、ＨＡＬＬ効果センサ５を通り過ぎる。結果として得られるＨＡＬＬ信号のエッジは、第１所定期間に生じる。その結果、コントローラ１４は、上記エッジに応答して、巻線４を右から左に励起させるために、ＤＩＲ１をクリアし且つＤＩＲ２をセットすることによって、巻線４を整流する。ＨＡＬＬ信号のエッジに応答して巻線４を整流することによって、正の励起トルクが維持され、かくして、ロータ２は正転方向に駆動され続ける。
【００４２】
ロータ２が位置Ｐで停止しているとき、ＨＡＬＬ効果センサ５は、ロータ極Ａ又はロータ極Ｂのいずれかを感知する。最初、ＨＡＬＬ効果センサ５がロータ極Ａを感知している場合を考える。コントローラ１４は、論理ＨＩＧＨのＨＡＬＬ信号に応答して、巻線４を左から右に励起させるために、ＤＩＲ１をセットし且つＤＩＲ２をクリアする。結果として得られた励起は、ロータ２を正転方向（つまり、時計回り）に駆動する正のトルクを発生させる。９０度よりも小さい機械的角度にわたる回転の後、ロータ極Ａとロータ極Ｄの間の移行部は、ＨＡＬＬ効果センサ５を通り過ぎる。各ロータ極は９０度の機械的角度にわたって延びているので、ロータ極Ａとロータ極Ｄの間の移行部は、９０度以内の機械的角度で生じるのが当然である。従って、結果として得られたＨＡＬＬ信号のエッジは、第１所定期間内に起こる。コントローラ１４は、ＨＡＬＬ信号のエッジに応答して巻線４を右から左に励起させるために、ＤＩＲ１をクリアし且つＤＩＲ２をセットすることによって、巻線４を整流する。従って、正の励起トルクが維持され、ロータ２は、正転方向に駆動され続ける。
【００４３】
ＨＡＬＬ効果センサ５がロータ極Ｂを感知している場合を考える。コントローラ１４は、論理ＬＯＷのＨＡＬＬ信号に応答して、巻線４を右から左に励起させるために、ＤＩＲ１をクリアし且つＤＩＲ２をセットする。結果として得られた励起は、ロータ２を逆転方向（つまり、反時計回り）に駆動する負のトルクを発生させる。ロータ２は、負の励起トルクが正の変動トルクと釣合う整列位置で止まる。従って、ＨＡＬＬ信号のエッジは、第１所定期間に感知されない。その結果、コントローラ１４は、第１所定期間の終了時、巻線４を左から右に励起させるために、ＤＩＲ１をセットし且つＤＩＲ２をクリアすることによって巻線４を整流する。結果として得られた正の励起トルクは、ロータ２を正転方向（つまり、時計回り）に駆動する。比較的小さい機械的角度にわたる回転の後、ロータ極Ｂとロータ極Ａの間の移行部は、ＨＡＬＬ効果センサ５を通り過ぎる。コントローラ１４は、結果として得られたＨＡＬＬ信号のエッジを無視して、巻線４を同じ方向、つまり左から右の方向に励起し続ける。その結果、正の励起トルクが維持され、ロータ２は正転方向に駆動され続ける。ロータ２が更に９０度の機械的角度にわたって回転した後、ロータ極Ａとロータ極Ｄの間の移行部は、ＨＡＬＬ効果センサ５を通り過ぎる。コントローラ１４は、巻線を右から左に励起させるために、ＨＡＬＬ信号の第２のエッジに応答してＤＩＲ１をクリアし且つＤＩＲ２をセットすることによって、巻線４を整流する。ＨＡＬＬ信号の第２のエッジに応答して巻線４を整流することによって、正の励起トルクが維持され、ロータ２は正転方向に駆動され続ける。
【００４４】
従って、コントローラ１４は、ロータ２の停止位置に関わらず、且つ、ＨＡＬＬ効果センサ５の位置の公差に関わらず、モータ１を始動させることができる。
【００４５】
いったんモータ１を始動させて、ロータ２を正しく正転方向に回転させたら、コントローラ１４は、モータ１を加速させたりその他の方法で駆動させたりするために、従来の方法を採用してもよい。例えば、モータ１を始動させた後、コントローラ１４は、モータ１を加速させるために、ＨＡＬＬ信号のエッジに同期して巻線４を整流する。
【００４６】
本出願人は、モータ１を始動させるための代替方法を元々考えていた。しかしながら、代替方法は、モータ１が特定の状況で始動できないという特有の問題があった。上述した方法は上記問題を解決するので、代替方法及びその問題点を説明することは価値があると思われる。
【００４７】
モータ１を始動させるための代替方法は以下のように進む。最初、コントローラ１４は、ＨＡＬＬ信号を感知する。コントローラ１４は、ＨＡＬＬ信号に基づいて、負の励起トルクを発生させるように巻線４を励起させる。所定時間後、コントローラ１４は、ＨＡＬＬ信号を再び感知し、正の励起トルクを発生させるように巻線４を励起させる。これについて、巻線４の整流を伴っていてもよいし、伴っていなくてもよい。モータ１を停止位置Ｐ、Ｑから始動させる代替法の作動を以下に検討する。
【００４８】
ロータ２が位置Ｑに停止しているとき、ＨＡＬＬ効果センサ５は、ロータ極Ａを感知し、かくして、初期の励起トルクは負である。従って、ロータ２は、逆転方向に駆動され、整列位置で停止する。所定期間の終了時、ＨＡＬＬ効果センサ５は、ロータ極Ａを感知し続け、かくして、巻線５は整流され、正の励起トルクを発生させる。その結果、ロータ２は、正転方向に駆動される。
【００４９】
ロータ２が位置Ｐに停止し且つＨＡＬＬ効果センサ５がロータ極Ｂを感知しているとき、初期の励起トルクは、負ではなくて正である。その結果、ロータ２は、正転方向に駆動される。所定期間、ロータ極Ｂとロータ極Ａの間の移行部は、ＨＡＬＬ効果センサ５を通る。従って、所定期間の終了時、ＨＡＬＬ効果センサ５は、ロータ極Ａを感知する。従って、コントローラ１４は、正の励起トルクを発生させるように巻線４を同じ方向に励起し続け、ロータ２を正転方向に駆動し続ける。
【００５０】
ロータ２が位置Ｐに停止し且つＨＡＬＬ効果センサ５がロータ極Ａを感知しているとき、潜在的な問題が起こる。初期の励起トルクは負であり、したがって、ロータ２は、逆転方向に駆動されて整列位置で停止する。所定期間の終了時、コントローラ１４は、ＨＡＬＬ信号を再び感知する。残念ながら、ＨＡＬＬ効果センサ５の位置の公差のため、ロータ２が整列位置で止まる場合に、センサ５はロータ極Ａを感知することもあるし、ロータ極Ｂを感知することもある。ＨＡＬＬ効果センサ５がロータ極Ａを感知していれば、コントローラ１４は、正の励起トルクを発生させるように巻線４を整流し、かくして、ロータ２を正転方向に駆動する。しかしながら、ＨＡＬＬ効果センサ５がロータ極Ｂを感知していれば、コントローラ１４は、巻線４を同じ方向に励起し続け、かくして、ロータ２は、整列位置から移動しない。
【００５１】
本発明の方法は、上記課題を解決し、ロータ２の停止位置に関わらず且つＨＡＬＬ効果センサ５の位置の公差に関わらず、モータ１を首尾よく始動させることができる。
【００５２】
ＨＡＬＬ効果センサ５は、ロータ２の磁界に加えて、巻線４が励起されたときにステータ３によって発生した磁界に対して敏感である。理想的には、ＨＡＬＬ効果センサ５は、それがステータ３の磁界に対してほぼ鈍感であるように、ステータ３の磁力線に対して平行な向きに配置される。しかしながら、ＨＡＬＬ効果センサ５の位置及び向きの公差のため、ＨＡＬＬ効果センサ５がステータ３の磁界に対して敏感であることがある。結果として、ＨＡＬＬ信号は、巻線４が励起されたり整流されたりするときに変化することがある。この場合、コントローラ１４は、ＨＡＬＬ信号の変化をロータ２の極性の移行部として間違って解釈し、モータ１は始動しない。
【００５３】
ＨＡＬＬ効果センサ５の向きのため、ＨＡＬＬ効果センサ５は、ロータ２の磁界に対してより敏感である。従って、ロータ２の磁界が比較的に弱いときだけ、すなわち、ロータ極とロータ極の間の移行部のときだけ、ステータ３の磁界がＨＡＬＬ信号に影響を与える傾向がある。従って、例えば、ロータ２が位置Ｐに停止しているとき、最初の巻線４の励起により、ＨＡＬＬ信号を変化させることがある。同様に、ロータ２が整列位置にあるとき、巻線４の整流により、ＨＡＬＬ信号を変化させることがある。両方の場合において、コントローラ１４は、ＨＡＬＬ信号の変化をロータ２の極性の移行部として間違って解釈する。このことが起こらないように、コントローラ１４は、以下に説明するように、巻線４の励起又は整流の直後に起こる任意のＨＡＬＬ信号のエッジを無視する。
【００５４】
ロータ２が位置Ｐに停止しているとき、ＨＡＬＬ効果センサ５は、ロータ極Ａ又はロータ極Ｂを感知する。これから説明する挙動は、両方のロータ極に対して同じであるので、ＨＡＬＬ効果センサ５がどちらのロータ極を感知しているかは重要でない。以下の説明のために、ＨＡＬＬ効果センサ５がロータ極Ａを感知していると仮定する。従って、ＨＡＬＬ信号は、最初、論理ＨＩＧＨである。次に、コントローラ１４は、ロータ２を正転方向に駆動するように巻線４を整流する。ＨＡＬＬ効果センサ５を通過するロータ２の磁界が比較的弱いので、結果として得られたステータ３の磁界は、ＨＡＬＬ信号を論理ＨＩＧＨから論理ＬＯＷに変化させる。ＨＡＬＬ信号のこの変化は、コントローラ１４によって無視され、かくして、ロータ２は、正の励起トルクによって正転方向に駆動される。ロータ２が回転するとき、ＨＡＬＬ効果センサを通過するロータの磁界の強度は増大する。比較的短い期間の後、ＨＡＬＬ効果センサ５を通過するロータの磁界は、ＨＡＬＬ効果センサ５を通過するステータ３の磁界に勝つ。結果として、ＨＡＬＬ信号は再び変化し、今回は、論理ＬＯＷから論理ＨＩＧＨへの変化である。コントローラ１４は、このＨＡＬＬ信号の変化を再び無視する。従って、比較的短い期間の後、ＨＡＬＬ信号は元の値に戻される。ＨＡＬＬ信号を励起後の短い期間だけ無視することによって、ステータ３の磁界がＨＡＬＬ信号に及ぼす任意の悪影響が防止される。従って、コントローラ１４は、励起開始後のセット期間を開始させる第１所定期間を採用する。
【００５５】
同じ挙動（すなわち、ＨＡＬＬ信号の２つのエッジが短期間に連続すること）は、ロータ２が整列位置に停止しているとき、巻線４を整流した直後に観測されることがある。従って、コントローラ１４は、整流後の短い期間に起こる任意のＨＡＬＬ信号のエッジを無視する。従って、第２所定期間は、もはや整流の時点から開始せず、その代わりに、整流後のセット期間を開始させる。
【００５６】
第１所定期間及び第２所定期間が開始するセット期間は、最終的には、モータの設計に依存し、かかる設計は、例えば、ＨＡＬＬ効果センサ５の位置の及び向きの公差、ロータ２の磁界強度、励起中のステータ３の磁界強度、励起中にロータ２が回転する角速度等である。
【００５７】
モータ１の回転を開始させた後、ステータ３の磁界は、ロータ極の移行部のところで、ＨＡＬＬ信号に影響を及ぼし続けるのがよい。この影響の正味の効果は、ＨＡＬＬ信号の各エッジが、逆起電力のゼロ交差点に対して僅かにずれることである。従って、この効果は、ＨＡＬＬ効果センサ５の位置の公差により生じる効果と同様である。
【００５８】
図６に示し且つ上述した方法は、ＨＡＬＬ信号を感知することによって開始する。ＨＡＬＬ信号に基づいて、巻線４を、正の励起トルクを発生させる方向に励起させる。しかしながら、ＨＡＬＬ信号を感知する最初のステップは、省略してもよく、本発明による方法は、単に巻線４を特定の方向に励起させることによって開始してもよい。上述したように、ロータ２が位置Ｑに停止しているとき、ＨＡＬＬ効果センサ５は、常にロータ極Ａを感知し、ロータ２が位置Ｐで停止しているとき、ほとんどのモータについて、ＨＡＬＬ効果センサ５は、ロータ極Ａを感知する。従って、ほとんどの場合、ＨＡＬＬ信号を感知し、その後、巻線４を正のトルクを発生させる方向に励起させることによって、ロータ２は即座に正転方向に駆動される。
【００５９】
過大な相電流は、パワースイッチＱ１〜Ｑ４に損傷を与えたり、ロータ２を消磁させたりすることがある。従って、制御システム１１は、巻線４内の相電流の大きさを制限する電流制御部を採用するのがよい。かくして、巻線４の励起を参照すれば、巻線４を励起させるのに使用されるＤＣ電圧はチョッパ駆動されてもよいことを理解すべきである。
【００６０】
上述した実施形態において、ロータ２の位置は、ＨＡＬＬ効果センサ５を用いて感知される。しかしながら、他のタイプのセンサが、ロータ２の位置を感知するのに等しく使用されてもよい。例えば、センサは、光学エンコーダの形態を有し、光学エンコーダは、ロータ２に取付けられたエンコーダディスクと、光学センサを有する。エンコーダディスクは、４つのセグメントを有し、各セグメントは、ロータ２の極に対応する。この場合、光学センサは、エンコーダディスクの各セグメントと一緒に変化するデジタル信号を出力する。
【００６１】
ロータ２の位置を感知するのにＨＡＬＬ効果センサ以外のセンサを使用してもよいので、ロータ２は、永久磁石を含む必要はない。従って、モータ１は、非永久磁石ロータを有するリラクタンスモータであってもよい。
【００６２】
かくして、単一の相巻線４と、４つのロータ極Ａ〜Ｄと、４つのステータ極６を有するブラシレスモータ１を参照した。しかしながら、上述した方法は、複数の相巻線及び／又はそれよりも多い又は少ない数のロータ極及びステータ極を有するモータを始動させるのに等しく使用されてもよい。
【００６３】
モータが複数の相巻線を有する場合、すべての相巻線が一度に励起されるわけではないことを理解すべきである。従って、巻線を励起させることを言うとき、正又は負のトルクを発生させる相巻線だけが励起されることを理解すべきである。同様に、巻線を整流することを言うとき、相巻線の励起が切替えられることを理解すべきであり、かかる切替えは、ロータが正転方向に回転していれば、正のトルクを維持するように行われ、ロータが整列位置で停止すれば、トルク極性を逆にするように行われる。
【００６４】
第１所定期間を、励起トルクが正であるときにロータ２が静止しているときから９０度の機械的角度にわたって回転するのに十分な時間で終了する期間として説明した。この期間は、各ロータ極が９０度の機械的角度の間隔で配置される４極ロータ２に適している。他の数のロータ極を有するモータについて、第１所定期間は、ロータが静止しているときから少なくとも３６０／Ｎ度の機械的角度にわたって回転するのに十分な時間で終了し、Ｎはロータ極の数である。同様に、第２所定期間は、ロータが静止しているときから３６０／Ｎ度以上の機械的角度にわたって回転するのに十分な時間で終了する。
【符号の説明】
【００６５】
１  ブラシレスモータ
２  ロータ
３  ステータ
４  相巻線
５  ＨＡＬＬ効果センサ（ロータ位置センサ）
１０  モータ組立体。
１１  制御システム
Ａ〜Ｄ  磁極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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